Принципи генерування АМ сигналів.

Мета: набути навичок розрахунку, складання і аналізу роботи генераторів амплітудно-модульованих сигналів.

Устаткування: Емулятор електричних кіл Electronics Workbench

Додаткові відомості:

Сигнали з амплітудною модуляцію (АМ) довгий час залишались найпопулярнішими для передавання інформації. Амплітудна модуляція проста для розуміння та візуального сприйняття і аналізу, передавачі АМ мають відносно прості принципи побудови. Але найпростішим, за принципом, є демодулятор – приймач амплітудно-модульованого сигналу. Найпростіший детекторний приймач складається з 4 деталей (без урахування антени) і взагалі не потребує живлення – використовує енергію самого сигналу. Зазначена простота модуляторів та демодуляторів обумовила поширеність АМ сигналів, зокрема у радіо ефірі.

Головним недоліком амплітудної модуляції є нестійкість до перешкод. Оскільки дія перешкоди полягає саме у зміні амплітуди сигналу, перешкода сприймається як інформація, що передається. Звичайно, є методи для усунення дії перешкод, але ці методи ускладнюють схеми і, досить часто, не є ефективними.

АМ сигнал створюється з двох складових – несучого сигналу, енергія якого забезпечує передавання, та інформативного сигналу, що має модулювати несучий. Несучий сигнал обирається у вигляді гармонійної функції

, (1)

де А – амплітуда сигналу, f – його частота, φ – початкова фаза. Відповідно до назви, модуляції зазнає саме амплітуда сигналу. Нехай інформація закладена у функцію . Тоді модульований сигнал набуде математичного вигляду

(2)

Величина m називається глибиною модуляції і підбирається з міркувань енергетичної доцільності. Додаткове обмеження на глибину модуляції вводиться вимогою, щоб амплітуда сигналу не набувала від’ємного значення. Хоча друга вимога не є обов’язковою, сигнали з завеликими глибинами модуляції мають швидше математичну, аніж практичну, цікавість.

Частота несучого сигналу підбирається відповідно до частоти інформаційного сигналу. Критерій полягає в тому, щоб за один період інформаційного сигналу відбулось декілька періодів несучого. Якщо інформаційний сигнал не має властивості періодичності, говорять про максимальну частоту (мінімальний період) в інформаційному сигналі, і відносно неї вибудовують критерій.

Наприклад, для передавання голосової інформації, яка, зрозуміло, не є періодичною, можна задатись обмеженням максимальної частоти чутності людини (20 кГц) або типовим значенням максимальної частоти голосу людини (5-10 кГц). Якщо не вимагається висока якість передачі, а лише розбірливість голосу, можна знехтувати високими частотами і обмежитись величиною 1 кГц. В такому разі частота несучого сигналу має бути не меншою 2-3 кГц. Якщо ж вимагається максимальна якість (скажімо, для радіо передач), то вимога пересувається у бік межі чутності (20 кГц). В такому разі частота несучого сигналу має бути не меншою 40-50 кГц.

Розглянемо найпростіший випадок, коли інформаційний сигнал є гармонічною функцією. Для спрощення виразів покладемо нульові значення для початкових фаз всіх сигналів. Тоді матимемо

. (3)

Як видно, глибина модуляції увійшла множником до амплітуди інформаційного сигналу. В такому разі зникає необхідність введення двох амплітудних параметрів, достатньо обмежитись лише амплітудою інформаційного сигналу (а), вважаючи, що її величина і є глибиною модуляції.

(4)

Відповідно до вимоги позитивності амплітуди модульованого сигналу

. (5)

З точки зору практичної реалізації, амплітудно-модульований сигнал формується двома операціями:

1) додавання інформаційного сигналу і постійної напруги, рівної 1,

2) множення результату додавання і несучого сигналу.

Додавання сигналів реалізується принципом суперпозиції, для реалізації якого достатньо підключити два джерела до однієї точки кола. Для виконання операції множення в емуляторі Electronics Workbench передбачено відповідний пристрій – Multiplier (рис. 13.1). Слід зазначити, що помножуючи пристрої доступні і в якості реальних електронних мікросхем.

Принципова електрична схема для реалізації амплітудно-модульованого сигналу наведена на рис. 13.2. Генератор інформаційного сигналу V1 через обмежувальний резистор R2 з’єднаний з джерелом постійної напруги V3, яке, в свою чергу, обмежує струм споживання резистором R1. Разом ці два сигнали подаються на Y вхід множника А1. За принципом суперпозиції на цьому вході зазначені сигнали додаються.

На вхід Х без додаткових обмежень подається несучий сигнал, що задається генератором V2.

Настройки помножувача дозволяють задавати певні характеристики „змішування” сигналів, проте, базові настройки відповідають простому виконанню математичної операції множення. На виході помножувача спостерігатиметься амплітудно-модульований сигнал.

Для вірної роботи амплітудного модулятора необхідно витримати певні співвідношення між параметрами генераторів, окрім вже зазначених співвідношень частот.

По-перше, обмежувальні резистори R1 та R2 повинні захищати джерела від взаємного впливу. В реальних колах слід встановити гранично допустимі струми відповідних генераторів. Скажімо, якщо інформаційний сигнал береться від мікрофона, резистор R1, який обмежує струм від постійного джерела, має бути достатньо великим, оскільки мікрофони працюють з дуже малими струмами і можливе пошкодження мікрофона струмом від постійного джерела. В свою чергу, резистор R2 має бути невеликого опору, оскільки він обмежує досить малі струми мікрофона. Для емуляції роботи модулятора можна обрати опори резисторів на пропонованому рівні 1 кОм. Взагалі вилучити резистори не можна, оскільки джерела в емуляторі вважаються ідеальними і в колі виявиться коротке замикання.

По-друге, напруга постійного джерела живлення має в точності відповідати амплітудному значенню напруги несучого сигналу. Саме в такому разі постійне джерело буде сприйматись як одиниця при додаванні. Оскільки для генераторів вказується діюче значення, слід розрахувати амплітуду, яка у разів перевищує діюче значення.

По-третє, амплітудне значення напруги інформаційного сигналу визначатиме глибину модуляції. Чим більша глибина модуляції, тим якісніше відновлений сигнал. Проте тим менша енергія сигналу, що передається. Оскільки при великій глибині модуляцій амплітуда зменшується суттєвіше, зростає кількість ділянок з малою амплітудою, а так і з малою енергією.

Нехай, генератор несучого сигналу буде мати частоту 10 Гц та діючу напругу 1 В. Тоді джерело постійної напруги має бути встановлене на величину В.

Джерело інформаційного сигналу оберемо з діючою напругою 0.5 В, очікуючи глибину модуляції на рівні ½. Частота інформаційного сигналу має бути у кілька разів меншою, ніж у несучого сигналу. Покладемо її на рівні 1 Гц.

Величини обмежувальних резисторів для роботи емулятора не грають принципового значення і можуть бути обрані на автоматично пропонованому рівні 1 кОм.

В якості генераторів гармонічних сигналів можна використати вже досліджені схеми (див. л.р. № 9), проте, для простоти дослідження використаємо генератори, виконані як окремі елементи. Зрозуміло, що для практичної реалізації доведеться складати генератори з основних деталей схемотехніки, проте принципи модуляції залишаться незмінними.

Електричне коло із вказаними параметрами та осцилограма його роботи наведені на рис. 13.3.

Як видно з рис. 13.3, на виході модулятора спостерігається сигнал із змінною амплітудою. Максимальне її значення становить 3 клітинки (приблизно 1.5 В), тобто визначається генератором несучого сигналу. Мінімальне значення – 1 клітинка. Відповідно, середнє значення становить 2 клітинки, відхилення від середнього ±1 клітинка. Відтак, маємо глибину модуляції 1/2, що і було закладене при розрахунку модулятора.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЗАВДАННЯ	\|	ЗАВДАННЯ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.